三维地应力计算模型研究

简要回顾了现有的三维地应力实测方法在实际工程应用中存在的局限性。对钻孔局部壁面应力全解除法进行了系统的研究,从理论上说明了由它确定三维地壳应力张量的可行性。采用线弹性有限元法对钻孔局部壁面应力解除过程做了数值模拟研究,分析了应力解除曲线的变化特征,给出了达到完全应力解除时解除深度和被解除岩芯直径之间的定量关系,还进一步分析了环形解除槽引起的应力集中对其附近局部孔壁应力分布的影响,从而为在钻孔孔壁的局部壁面上如何合理的布置应变计(花)提供了参考依据。最后对本课题的研究前景做了展望。

空心包体应变计地应力计算方法的探讨

为进一步改进和完善空心包体应变计的地应力计算方法,基于空心包体应变计所测应变值和原岩应力分量之间的关系,采用曲线拟合的最小二乘法,建立求解应力分量的正规方程组,推导出原岩应力分量的表达式;利用盛金公式求解应力状态方程,得到判断测点处地应力状态的总判别式及不同情况下主应力的计算公式;根据主应力方向余弦之间的几何关系,给出确定主应力所在卦限的方法,推导出主应力方位角和倾角的计算公式。据此利用LabVIEW编制地应力计算程序,对新城金矿三维地应力状态进行分析。结果显示:新城金矿地应力场以水平构造应力为主,最大水平主应力总体上为南东–北西向到近东西向。

利用各向异性模型计算水平地应力

地层中大部分岩石存在各向异性,垂直方向与水平方向纵横波呈现波速差异性.以往应用测井资料计算水平地应力,都是基于各向同性的计算模型,没有考虑地层各向异性的存在,计算结果与实际地层存在着较大差别.为尽量消除这种差异,从阵列声波测井中斯通利波波形数据及纵横波慢度入手,根据频谱加权平均慢度定理反演水平剪切模量C66.利用反演得到的结果及其他弹性模量计算水平、垂直方向弹性模量及泊松比,并根据各向异性模型计算水平地应力.用该模型计算大庆油田深层致密砂岩气5口井水平地应力,对计算结果与实验数据进行了比较,数据显示非常好的一致性,验证了计算结果的可靠性.

地应力预测技术的研究现状与进展

页岩储层为低孔低渗岩石,须经过大规模的压裂改造才能够获得商业产能,而地应力是进行压裂改造的关键因素,它在油气勘探领域具有重要的作用,不仅是油气运移的驱动力,而且能为井壁稳定性分析和钻井优化设计等提供依据。在油层改造过程中,地层地应力场的状态和岩石的力学性质决定了压裂的裂缝延伸方向、形态和方位,影响着压裂的增产效果。对地应力预测技术进行了归纳总结,分别从地应力测量方法、地应力测井计算方法、地应力数值模拟方法及地应力地震预测方法四个方面介绍了地应力的研究现状。不同的地应力预测方法反映了不同方面的地应力信息,有着不同的适用条件和预期成果。着重介绍了地应力的地震预测方法,该方法可以得到三维地应力剖面,对地应力的地震评价有着重要的意义。最后对地应力地震预测方法的发展前景进行了展望。

深部高地应力巷道断面优化研究

巷道失稳和维护困难是困扰高地应力深部矿井的普遍问题,严重影响矿井的生产和经济效益的提高。深部矿井高地应力巷道有其自身的应力分布特点,对巷道的支护设计提出了更高的要求。研究从巷道断面优化着手,根据深部矿井高地应力巷道的地质赋存特征,结合淮南-780m水平现场地应力测试及室内岩石物理力学性质测试结果,运用FLAC3D三维显式有限差分法分析软件,建立巷道支护的三维数值计算模型,通过对几种方案巷道周边塑性区分布、应力场、位移场等的分析对比,得到了较为易于维持巷道稳定的巷道断面优化设计方案。

瓦斯突出矿井应力集中区域防突措施选择及应用研究

在煤矿安全生产过程中,煤与瓦斯突出矿井防治煤与瓦斯突出事故一直都是困扰和威胁安全生产的主要因素,如何做到防治煤与瓦斯突出事故,尤其是应力集中区域的瓦斯防治技术,是防治煤与瓦斯突出工作的技术难点,也是最值得关注研究解决的问题。应力集中区域瓦斯治理措施选择的不合理是导致事故发生的直接原因,近几年,经过将瓦斯治理技术和现场应力集中施工特点相结合,取得了新的认知成果。鉴于此,就应力集中区域瓦斯治理措施技术进行了分析。

煤矿采区巷道支护透明化系统设计研究

针对地质条件具有复杂性与未知性的特征,而导致在进行巷道支护设计时,无法方便、准确地了解煤矿井下地质力学环境的问题,对煤矿采区巷道支护透明化系统进行了研究。通过水压致裂法在井下现场进行数据采集,获取采区基础应力和围岩强度数据;根据窥视孔地质测量成果与采区地质勘探地震等资料,基于似直三棱柱(ARTP)数据结构建立了采区煤层及其顶板岩层地质模型;在透明化地质体基础上,实现了巷道支护方案的可视化表达,同时,利用地应力插值算法,实现了采区内任意位置地应力、顶板10 m范围内围岩强度数据的动态计算和查询。相关研究方案在某矿井进行了实施验证,能够便捷地获取地应力数据,为采区巷道支护初始设计提供了可靠的参数。

断层带对深部地压影响的数值模拟

由于浅部断层带中的岩体比较软弱和破碎,所以成为应力降低带,而深部工程中断层带对地压分布的影响是一个有待深入研究的问题。为了了解和掌握深部地压分布规律,本文中通过结合某工程现场条件,在实际调研和岩石力学实验的基础上,建立了力学数值模型,分析了深部工程中断层带对深部地压分布的影响。结果表明,深部工程中断层的存在影响了地应力分布的连续性,在同一水平高程上,断层上盘的主应力大于断层下盘的主应力;高地应力出现在断层上盘和矿层上盘的交叉区域。

水平井限流法分段压裂技术研究及应用

研究了低渗透油藏水平井地应力及岩石力学特征,结合水平井地应力计算方法,确立了限流法射孔参数的优化方法,提出了水平井限流法分段压裂的射孔位置选择和施工参数设计方法。阐述了水平井限流法分段压裂设计与实施关键工艺环节,并对水平井压裂诊断进行了评价。结合史127-平1井、商75-平1井两口水平井油藏实际和方案要求,利用水平井限流法分段压裂原理和分析方法,进行了压裂方案的优化,并进行了现场实施,取得了较好效果。

利用斯通利波反演水平横波速度及其应用

地层中大部分岩石存在波速各向异性,因此垂直方向与水平方向纵横波呈现出波速的差异性。水平横波在计算地层的各向异性,计算水平地应力中具有重要的作用。已往计算地应力都是基于各向同性的计算模型,没有考虑地层各向异性的存在,计算结果与实际地层存在着较大差别。为了尽量消除这种差异,本文从阵列声波测井中斯通利波波形数据及纵横波慢度入手,根据频谱加权平均慢度定理反演水平剪切模量C66,这个参数代表水平横波的速度。运用反演得到的结果及井深方向的纵横波速度可以计算水平、垂直方向杨氏弹性模量及泊松比,进而根据各向异性模型计算水平地应力。用这个模型计算了大庆深层致密砂岩气5口井最小水平地应力,对计算结果与实验数据成果进行了比较,数据显示非常好的一致性,验证了计算结果的可靠性。